摘要
卵形鲳鲹(Trachinotusovatus)是中国东南沿海地区重要的海水养殖经济鱼类，具有生长速度快、养殖周期短、肉质鲜美、营养价值高等特点，深受广大消费者和养殖户的喜爱，在海南、广东、福建等地区的养殖规模逐年增大，水产养殖产量大幅度上升。然而，卵形鲳鲹对溶解氧的需求较高，高密度养殖、长途运输、极端天气变化等诱发的低氧胁迫对卵形鲳鲹的生长、发育和生存造成严重威胁，导致机体免疫能力下降，甚至出现死亡现象，影响水产养殖业的可持续性发展。本研究以卵形鲳鲹幼鱼作为研究对象，选择1.5±0.1mg·L-1的溶解氧作为低氧浓度进行急性低氧胁迫实验，获取低氧胁迫0h(对照组Hy0)、1h(低氧实验组Hy1)、6h(低氧实验组Hy6)和复氧12h(复氧实验组Ro12)的肝脏组织。利用高通量测序技术和液相色谱-质谱联用技术，对以上4个组的肝脏样品进行转录组学和代谢组学分析，探索基因表达量和代谢物浓度的变化趋势，筛选低氧相关的关键基因、代谢物和重要生物学过程。通过转录组学和代谢组学联合分析和对比研究，阐明基因表达与代谢物变化的潜在关系，从转录水平和代谢水平综合探究急性低氧胁迫下卵形鲳鲹的分子响应机制。研究结果可为卵形鲳鲹耐低氧品种的分子选育和养殖产业的健康发展提供初步的理论依据。本研究主要的研究结果如下: (1)急性低氧胁迫下卵形鲳鲹肝脏组织转录组学分析 转录组学分析共鉴定到22,814个基因。组间差异表达分析显示，Hy0vs.Hy1、Hy0vs.Hy6、Hy0vs.Ro12和Hy6vs.Ro12比较组共筛选到2,586个差异表达基因。基因表达趋势分析和加权基因共表达网络分析分别获得6个显著的基因表达趋势图谱(图谱1、8、11、12、16和18)和4个氧高度相关模块(yellow、brown、orangered4和plum2模块)。联合以上三种分析筛选出关键的低氧相关基因，如FOS、JUN、GADD45B、CDNK1A、TNFRSF10A、BAX、CYC-B、CAPS3、MCL1、HSP70、MDM2、HK1、PFKL、ALDOA、ALDOCB、GAPDH-2、PGAM1、ENO1、LDHA、SLC16A3、G6PC、PCK1、PNPLA2、ACSL4、ACLY、CPT1A、CPT2等，这些基因显著富集于MAPK信号通路、HIF-1信号通路、细胞周期、细胞凋亡、糖酵解/糖异生、不饱和脂肪酸生物合成等通路，主要参与信号传导、细胞生长与死亡、碳水化合物代谢、脂质代谢等生物学过程。在低氧胁迫期间，增强信号传导、抑制细胞周期、维持促凋亡与抗凋亡的平衡等，维持卵形鲳鲹肝脏组织细胞内环境的稳态，通过增强糖酵解与糖异生、促进脂解和增强脂肪酸合成以维持机体内的能量平衡。复氧后，促进细胞功能修复，增强适应性细胞凋亡，能量代谢逐渐由低氧胁迫下的无氧代谢(糖酵解)向复氧后的有氧代谢(脂肪酸β氧化)转变。以上结果从转录水平揭示了卵形鲳鲹肝脏组织响应急性低氧胁迫的分子机制。 (2)急性低氧胁迫下卵形鲳鲹肝脏组织代谢组学分析及联合转录组学分析 代谢组学分析共鉴定到5,925个代谢物。基于正交最小偏二乘判别分析模型，在Hy0vs.Hy1、Hy0vs.Hy6、Hy0vs.Ro12和Hy6vs.Ro12比较组中，正离子模式和负离子模式下分别筛选到254和238个唯一的差异代谢物，如天冬氨酸、谷胱甘肽、谷氨酸、γ-谷氨酰半胱氨酸、半胱氨酸、酮戊二酸、鞘氨醇等，这些差异代谢物显著富集于碳代谢、谷氨酰胺与谷氨酸代谢、氨基酸的生物合成、谷胱甘肽代谢、细胞凋亡、鞘磷脂代谢、鞘磷脂信号通路等通路，主要参与能量代谢、氨基酸代谢、细胞生长与死亡等生物学过程。联合转录组数据分析发现，低氧相关代谢物与基因之间相互联系并参与各类生物学通路，如碳代谢、谷胱甘肽代谢、谷氨酰胺与谷氨酸代谢、细胞凋亡等通路，形成复杂的转录与代谢分子调控网络。在急性低氧胁迫下，一方面，卵形鲳鲹肝脏组织增强天冬氨酸代谢与糖异生途径，以满足机体内的能量需求;另一方面,抑制谷胱甘肽的氧化、促进谷胱甘肽循环系统和调节鞘磷脂代谢，以维持胞内稳态。复氧12h后，卵形鲳鲹肝脏组织增强氨基酸代谢和脂质代谢以提供能量，促进细胞凋亡以修复低氧过程中可能遭受的低氧损伤。本研究从代谢水平和转录水平共同揭示了急性低氧胁迫下卵形鲳鲹肝脏组织的分子响应机制，研究结果有助于该物种耐低氧品种的分子选育和养殖产业的健康发展。
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